Bazele Electroenergeticii

CAP.1. BAZELE TEORIEI MACROSCOPICE A ELECTROMAGNETISMULUI

Stările şi fenomenele fizice se caracterizează cu ajutorul mărimilor fizice care se clasifică

în:

· mărimi primitive, care se introduc pe cale experimentală;

· mărimi derivate, care se definesc cu ajutorul mărimilor primitive.

Teoria macroscopică a fenomenelor electromagnetice utilizează şase specii de mărimi

primitive specifice, care caracterizează complet starea electromagnetică a corpurilor şi starea

câmpului electromagnetic.

1.1. MĂRIMI CE CARACTERIZEAZĂ STĂRILE ELECTROMAGNETICE ALE

CORPURILOR

1.1.1. Starea de electrizare (de încărcare electrică):

- pentru un corp mic - este caracterizată global de sarcina electrică (q) - mărime

primitivă scalară, dotată cu semn. Unitatea de măsură în SI se numeşte coulomb [C].

- pentru un corp mare, caracterizarea stării de încărcare electrică se face local (într-un

punct), cu ajutorul unor mărimi derivate, numite densităţi de sarcină electrică:

· densitatea lineică:

Corpurile încărcate cu sarcini electrice îşi asociază un sistem fizic numit câmp electric,

prin care se transmit între corpuri forţe şi cupluri electrice.

După modul cum transmit starea de electrizare se disting două clase de materiale de

importanţă esenţială în industria electrotehnică:

· materiale electroconductoare - din care categorie fac parte: metalele şi aliajele lor,

cărbunele, anumite soluţii de săruri, baze, acizi. Dintre aceste materiale deosebit de

importante pentru industria electrotehnică sunt Cu şi Al, din care se realizează

conductoarele liniilor electrice aeriene şi în cablu şi înfăşurările maşinilor şi

transformatoarelor electrice. Materialele electroconductoare prezintă proprietatea că la

trecerea curentului electric, în ele se dezvoltă pierderi de putere prin efect Joule,

proporţionale cu pătratul intensităţii curentului.

· materiale electroizolante, numite şi materiale dielectrice, din care fac parte: lemnul,

sticla, mătasea, porţelanul, hârtia, uleiul, lacurile, aerul uscat, bachelita, cauciucul,

policlorura de vinil etc. În materialele dielectrice folosite în industria electrotehnică se

dezvoltă pierderi de putere proporţionale cu pătratul tensiunii şi cu o mărime de

material numită tangenta unghiului de pierderi.

1.1.2. Starea de polarizaţie:

- pentru un corp mic – este caracterizată global de momentul electric ( p ) – mărime

primitivă vectorială având unitatea de măsura coulomb metru [Cm].

- pentru un corp de dimensiuni mari, starea de polarizaţie se caracterizează local cu

ajutorul densităţii de volum a momentului electric, mărime derivată vectorială, numită

polarizaţie ( P ).

Metalele sunt practic nepolarizabile electric.

În cazul dielectricilor, starea de polarizaţie apare numai în prezenţa câmpului electric şi

dispare când acesta se anulează. O astfel de polarizaţie se numeşte temporară şi este

caracterizată de momentul electric temporar pt .

Unele materiale precum cristalele de cuarţ, sarea Seignette şi turmalina, au o stare de

polarizaţie independentă de câmpul electric, numită polarizaţie permanentă şi caracterizată de

momentul electric permanent p p .

Cele două tipuri de polarizaţie nu se exclud, astfel încât atât momentul electric cât şi

polarizaţia satisfac relaţiile:

p = pt + p p , (1.1.4)

P = Pt + P p . (1.1.5)

1.1.3. Starea de magnetizaţie a unui corp mic se caracterizează global cu ajutorul mărimii

primitive vectoriale numită moment magnetic (m), care se măsoară în amper metru pătrat

[Am2]. Caracterizarea stării de magnetizare a unui corp mare se face local, cu ajutorul

densităţii de volum a momentului magnetic, mărime derivată numită magnetizaţie (M ).

Unele corpuri ajung în stare de magnetizaţie numai în prezenţa câmpului magnetic, starea

numindu-se magnetizaţie temporară.

Altor corpuri le este proprie starea de magnetizaţie, independent de prezenţa câmpului

magnetic. Această stare se numeşte magnetizaţie permanentă.

Momentul magnetic şi magnetizaţia satisfac relaţiile:

m = mt + mp , (1.1.6)

M = M t + M p . (1.1.7)

1.1.4. Starea electrocinetică a conductoarelor se caracterizează cu ajutorul mărimii

primitive scalare numită intensitate a curentului electric de conducţie (i), având ca unitate de

măsură amperul [A]. Aceasta se referă la o anumită secţiune a conductorului. Pentru

caracterizarea locală a stării electrocinetice se introduce mărimea derivată numita densitate a

curentului de conducţie ( J ), relaţia dintre cele două mărimi fiind:

= ò

S

i J nS dA. (1.1.8)

Unităţile de măsură SI ale acestor mărimi sunt date în Tabelul 1.1.

Tabelul 1.1.